面向萬(wàn)物互聯(lián)的蜂窩無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)白皮書(shū)2025

發(fā)布單位：中移智庫(kù)編制單位：中國(guó)移動(dòng)通信研究院移動(dòng)通過(guò)產(chǎn)學(xué)研用一體化生態(tài)協(xié)同，連續(xù)3年發(fā)布蜂窩無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)系列白皮書(shū)，， 4 6 6 6 8 9 10 10 11 114.端到端核心技術(shù) 11 11 12 13 16 17 19 20 21 22 23 23 24 24 24 25 26 27 27 28 29 29 31 354蜂窩無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)核心網(wǎng)方案研究TR23.700-13《StudyonArchitectur立項(xiàng)蜂窩無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)空口技術(shù)研究、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)研究、安全技術(shù)研究工作項(xiàng)（WorkItem,WI標(biāo)志著蜂窩無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)規(guī)范制定流程正式啟動(dòng)。在國(guó)內(nèi)5證等多方面加速推進(jìn)蜂窩無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)程，目前已取得眾多階段性成果。62.應(yīng)用場(chǎng)景及服務(wù)價(jià)值2.1.能力優(yōu)勢(shì)蜂窩無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)能夠?yàn)槿f(wàn)億級(jí)連接提供“通-感-識(shí)”能力，蜂窩網(wǎng)絡(luò)廣覆蓋的3、部署成本優(yōu)勢(shì)：蜂窩無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)讀寫(xiě)設(shè)備可與蜂窩基站共站址，2.2.高價(jià)值應(yīng)用782.3.服務(wù)價(jià)值在數(shù)據(jù)價(jià)值方面，蜂窩無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)環(huán)境采能技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽免9l3.關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)3.1.遠(yuǎn)距離通信挑戰(zhàn)干擾的反向散射通信與靈活組網(wǎng)，是蜂窩無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)面臨3.2.海量接入挑戰(zhàn)在萬(wàn)物互聯(lián)場(chǎng)景下，無(wú)源物聯(lián)標(biāo)簽連接密度高、接戰(zhàn)。在接入效率方面，傳統(tǒng)無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)無(wú)法支持多標(biāo)簽同聯(lián)多接入機(jī)制為基礎(chǔ)，研究低復(fù)雜度、低信令開(kāi)銷、高冊(cè)、認(rèn)證鑒權(quán)等機(jī)制，且標(biāo)簽信息密度低、多數(shù)時(shí)間處已有連接管理和會(huì)話管理機(jī)制。這需要突破性發(fā)展新型3.3.高效能量利用挑戰(zhàn)純無(wú)源及半無(wú)源標(biāo)簽不具備穩(wěn)定電源供應(yīng)，環(huán)境中獲取，因此，能量采集效率及靈敏度是決定終拆分實(shí)現(xiàn)工作模式實(shí)時(shí)按需調(diào)整。受限于功耗，無(wú)源頻繁與系統(tǒng)交互更新配置，標(biāo)簽亟需突破傳統(tǒng)能量采集量采集架構(gòu)及材料，構(gòu)建智能能量管理算法及機(jī)制，3.4.信號(hào)處理挑戰(zhàn)源標(biāo)簽受限于能量供給，無(wú)法像傳統(tǒng)有源終端那樣集成器來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)增強(qiáng)。這一約束使得系統(tǒng)面臨以下核心挑構(gòu)下，如何確保標(biāo)簽芯片能夠精準(zhǔn)接收復(fù)雜電磁環(huán)境中最小損耗反射回基站以實(shí)現(xiàn)可靠解調(diào)。這需要在半導(dǎo)體術(shù)改進(jìn)以及天線設(shè)計(jì)創(chuàng)新等方面取得突破，以降低信號(hào)l4.端到端核心技術(shù)4.1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)用戶對(duì)環(huán)境感知、低成本定位的需求提升，無(wú)源標(biāo)簽應(yīng)具備溫濕度/振動(dòng)/氣壓等4.2.新網(wǎng)絡(luò)還將引入新的設(shè)備——中繼/終端。同時(shí)，為了解決反向散射全雙工通信帶來(lái)的4.2.1.輕量化空口蜂窩無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)需要下行鏈路數(shù)據(jù)傳輸：1）為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備發(fā)送下行控多標(biāo)簽接入容易發(fā)生碰撞的問(wèn)題，可以從碰撞解決的角度，結(jié)合多叉樹(shù)的思路，D2R低功耗頻移方案[10]、收發(fā)機(jī)載波同步[11]、低階相位調(diào)制等，增大供能信號(hào)發(fā)射功率，也可以有效提升蜂窩無(wú)源物聯(lián)激勵(lì)+分集接收”機(jī)制以及智能化載波跳頻機(jī)制，增提升標(biāo)簽?zāi)芰坷眯驶蛘呓档蜆?biāo)簽平均功耗也是蜂窩無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)空口協(xié)議設(shè)信令開(kāi)銷；另一方面，可參考低功耗物聯(lián)網(wǎng)終端4.2.2.靈活組網(wǎng)性開(kāi)展?jié)M足最大化信號(hào)覆蓋率、最小化干擾和最小化成本的網(wǎng)絡(luò)部署方案設(shè)計(jì)。4.2.3.極簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為降低標(biāo)簽復(fù)雜度與成本，僅支持從標(biāo)簽到核4.3.新標(biāo)簽4.3.1.高效能量采集及利用技術(shù)能量效率提升是指依托材料科學(xué)與微電子技術(shù)創(chuàng)新提高環(huán)境能量采集效率MoS?等二維材料[17-18]作為整流器件性實(shí)現(xiàn)低漏電流與高開(kāi)關(guān)比。4.3.2.通信能力增強(qiáng)技術(shù)高性能天線及匹配網(wǎng)絡(luò)：蜂窩無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)簽由于需要兼顧蜂窩基站解調(diào)，容二極管調(diào)整匹配網(wǎng)絡(luò)參數(shù)[21-22]，在毫秒級(jí)完成芯以上[25-26]，在微瓦級(jí)功耗下顯著擴(kuò)展上行鏈路4.3.3.通感融合技術(shù)量的變化[27]，基于天線的感知方法具有功耗低，但易受環(huán)境影響的特點(diǎn)。4.4.新功能4.4.1.無(wú)源融合定位蜂窩無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)融合定位技術(shù)能夠以極低成本為用戶提供物品/人員定位信而造成目標(biāo)定位結(jié)果模糊的情況，通常無(wú)源定位技術(shù)中需要綜合考慮多種測(cè)量，取的次數(shù)也就更多。根據(jù)上述現(xiàn)象，可以考慮融合Rl5.未來(lái)技術(shù)演進(jìn)5.1.主被動(dòng)融合5.2.高譜效多址目前，業(yè)界討論較多的多址接入的演進(jìn)方向?yàn)榇a分多址（CDMA,CodeDivisionMultipleAccess）技術(shù)、非正交多址（NOMA,Non-OrthogonalMultiple域?qū)崿F(xiàn)靈活的基帶調(diào)制，并將其調(diào)制到基站發(fā)射的環(huán)境載波上并反射到基站/接5.3.共生通信5.4.無(wú)源無(wú)線感知用戶和非法用戶。因此，將無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)和通感一體毫6.系統(tǒng)測(cè)試體系6.1.標(biāo)簽測(cè)試標(biāo)簽作為蜂窩無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，其核心功能，相關(guān)測(cè)試內(nèi)容涵蓋數(shù)據(jù)傳輸格式，各種狀態(tài)碼調(diào)制方式等協(xié)議一致性。測(cè)試標(biāo)簽的喚醒功能，驗(yàn)證標(biāo)后能夠正常喚醒并進(jìn)入工作狀態(tài)。對(duì)于具備傳感器的標(biāo)測(cè)量標(biāo)簽的通信性能，需要在不同環(huán)境下，通過(guò)反向信號(hào)強(qiáng)度來(lái)評(píng)估標(biāo)簽的覆蓋范圍。測(cè)試標(biāo)簽的功狀態(tài)下的能量消耗，評(píng)估標(biāo)簽的續(xù)航能力。此外，測(cè)對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)工作測(cè)試，記錄標(biāo)簽在運(yùn)故障類型，評(píng)估標(biāo)簽的可靠性。模擬惡劣環(huán)境條件動(dòng)等，測(cè)試標(biāo)簽在極端環(huán)境下的工作性能，確保標(biāo)6.2.基站測(cè)試基站需實(shí)現(xiàn)信號(hào)覆蓋、標(biāo)簽接入、數(shù)據(jù)傳輸?shù)然康臉?biāo)簽接入，測(cè)試基站在多種業(yè)務(wù)并發(fā)場(chǎng)景下的盤(pán)點(diǎn)、情況、協(xié)議一致性符合情況。同時(shí)，驗(yàn)證基站與核心網(wǎng)的測(cè)量基站的覆蓋范圍，通過(guò)在不同位置設(shè)置信和質(zhì)量，評(píng)估基站是否滿足設(shè)計(jì)的覆蓋需求。測(cè)試標(biāo)簽數(shù)量，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)吞吐量、延遲等性能指標(biāo)，確外，還需測(cè)試基站在不同環(huán)境干擾下的抗干擾能力基站需與多類標(biāo)簽兼容。測(cè)試基站與不同品牌、數(shù)據(jù)傳輸性能。同時(shí)，確?；九c現(xiàn)網(wǎng)中的其他對(duì)基站進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)運(yùn)行測(cè)試，記錄設(shè)備在運(yùn)故障類型等信息，評(píng)估基站的可靠性。模擬電源故測(cè)試基站在故障恢復(fù)后的自啟動(dòng)和自配置能力，確6.3.核心網(wǎng)測(cè)試周期管理方面，模擬標(biāo)簽批量注冊(cè)、異常注冊(cè)等場(chǎng)景，測(cè)試AI認(rèn)證、密鑰協(xié)商、Reader協(xié)同管理等能力。業(yè)務(wù)管理能限，驗(yàn)證AIoTF對(duì)蜂窩無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)讀取、指重點(diǎn)評(píng)估核心網(wǎng)在不同場(chǎng)景下的運(yùn)行效率。針在多業(yè)務(wù)并發(fā)場(chǎng)景中，測(cè)試核心網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理性能，監(jiān)測(cè)AIoTl7.產(chǎn)業(yè)合作聯(lián)盟宗旨是以技術(shù)創(chuàng)新為導(dǎo)向，推動(dòng)“產(chǎn)-學(xué)-研-用-物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)升級(jí)，打造開(kāi)放、創(chuàng)ATIA聯(lián)盟通過(guò)完善的組織架構(gòu)設(shè)計(jì)與職責(zé)分工，確保各項(xiàng)工作有序推免核心成員，審批重要人事任免，制定和修改規(guī)則及機(jī)構(gòu)的設(shè)立與變更，領(lǐng)導(dǎo)聯(lián)盟工作并制定內(nèi)部制制化解決方案，推動(dòng)無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在各垂直入開(kāi)展測(cè)試技術(shù)研究和測(cè)試規(guī)范制定，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)新生態(tài)系統(tǒng)，推動(dòng)無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域各方深度l8.總結(jié)及展望縮略語(yǔ)列表3rdGenerationPartnerNewRadioAnalogtoDigitalConveArtificialIntelligAmbientInternetofThing(s)AmbientIoTNetworkFrequencyDivisionDupInverseFastFouriertr國(guó)際電信聯(lián)盟-射頻通信NASNon-accessstratumNOMANon-OrthogonalMultipleAccePacketDataConvergenRadioFrequencyIdentiUniversalSubscriberIdentityModuleUsertoNetworkInter參考文獻(xiàn)[1]中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院.面向萬(wàn)物互聯(lián)的無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)白皮書(shū),[3]中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院.面向萬(wàn)物互聯(lián)的無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)白皮書(shū)[R].FiDownlinkwithUltra-lowPowerConferenceonRFID-TechnologiesandApplicatiCircuitforSub-CarrierBackscatte10.1109/WPTCE59894.2024.10557268.10.1109/VTC2021-Spring51267.2021.9448755.SymposiumonAntennasan10.1109/apusncursinrsm.20BackscatteredRFIDCommunications[J].IEEEComponentsLetters,2021,31(1):57-60.DOIPlanningviaHybridMultiobjectivOptimizerforConstrainedMult-oTransactionsonEvoefficiencyUHFRFIDrectifierinsilicon-on-sapphireCMOS[C]//20RadioFrequency10.1109/RFIC.2010.5477409.CALL,CREPALDIP,fSchottkyBarrierDiodesforConferenceonMicroelectronics.IEEE,2012RectificationandConductanceUsingTwo-DimensionalM10.1109/EDTM53872.2022.9798125.[19]GREENMA,etal.SolarcelPhotovoltaics:ResearchandApplic10.1002/pip.3601.[20]HUANGCY,YUEZApplications[J].IEEEAntennatags[C]//2010IEEEInternatio[22]FOUCAULDD,SEVERINON,etal.A433-MHzS[25]LIG,etal.AReflection-AmplifieDesignwi